機械CAD及CAD技術概述

合肥工業(yè)大學機械與SCHOOL OF MECHANICAL AND AUTOMOTIVE ENGINEERING機械CAD教程Mechanical Computer Aided Design授課人：夏鏈Lecturer: Xia Lian機械CADSchedule for this course:Total hours: 40 (Lecture:24, Practice: 16)Credits: 2.5Duration: from the 9th week (April 22,2008) to the 14th week (May 31 2008)Lectures: Time: Tuesday (5,6 14:30-16:30)Thursday (5,6 14:30-16:30)Location: East 201West 2 204Practice: Time: Wednesday (14:30-18:30 0315-0389)Saturday (18:00-21:30 0390-0448 and 2002 related)Location:機汽學院計算機房(機械二樓406室)合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD機械CAD1、本課程包含哪些內容（What）？ CAD基本理論和基礎知識 CAD軟件應用 Solidworks2、為什么要學習本課程（Why）？ CAD是機械與汽車工程學院面向各專業(yè)的一門重要的技術基礎課程，為后續(xù)的專業(yè)課程學習、課程設計和畢業(yè)設計打下良好的技術基礎。 Solidworks是目前非常流行的CAD三維實體造型軟件，易學上手快，為其他高端CAD軟件的學習奠定基礎。3、如何學好本課程（How）？重視基本理論和基礎知識的學習，充分理解CAD在產品開發(fā)周期中的核心作用；重視實踐環(huán)節(jié)，熟練掌握CAD軟件三維建模的方法。做好課后資料的查閱，把握先進制造技術的發(fā)展前沿。合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD機械CADCAD學科CAM學科自動化幾何建模CAD設計計算機圖形學設計CADCAM制造CAD自動化幾何建模CAD/CAM計算機圖形學制造CAD與CAM學科合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD機械CAD參考書(Bibliography) :1Computer Integrated Manufacturing James A. Rehg,Herry W. Kraebber2CADCAMChris McMahon, Jimmie Bronne3機械CAD與Solidworks三維計算機輔助設計黃康等,中國科技大學出版社4 Solidworks 2001 Plus基礎及應用教程何煜琛等,電子工業(yè)出版社合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD機械CADCAD/CAE/CAM網絡資源合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD機械CADMechanicalComputer Aided合肥工業(yè)大學精品課程機械CADDesign第1部分 CAD技術概述1.1制造企業(yè)、設計模型和產品開發(fā)過程1.2 CAD、CAD/CAE/CAM以及產品的PDM1.3 CAD系統(tǒng)1.4 CAD技術在機械工業(yè)中的應用1.5 CAD技術發(fā)展趨勢合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述1.1制造企業(yè)、設計模型和產品開發(fā)過程合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD（6）制造基礎結構（5）料產資源品生命（4）營定義周期轉（3）系信統(tǒng)計共享的知識（2）（1）用戶組織系統(tǒng)裝配社區(qū)和測試制造零部件制造職責規(guī)劃作業(yè)規(guī)章管理SME新型制造企業(yè)輪概念化概念化綜合過濾綜合分析設計的豐富面向裝配的設計面向制造的設計評價分析文檔編制評價設計模型文檔編制新設計模型構思、市場調查1.市場調研2.管理審核3.設計工程4.生產工程否設計成本和生產目標工程設計制造審核滿足成本目標？是產品設計過程:概念化綜合分析評價文檔編制確定主要組件5.制造生產工程設計6.客戶使用產品開發(fā)周期制造客戶文檔傳統(tǒng)的產品開發(fā)過程市場調查產品構思并行工程組生產工程設備供應商確定成本和生產目標設計工程生產控制CNC程序員夾具設計人員質量控制零件供應商工具設計人員全企業(yè)范圍內的并行設計過程產品設計過程：概念化綜合分析評價文檔編制采購市場滿足目標成本？否需要重新設計是滿足目標制造系統(tǒng)開發(fā)和安裝制造系統(tǒng)作業(yè)改進的產品開發(fā)過程設計過程綜合設計要求設計說明，規(guī)范及要求分析收集相關設計信息以及可行性研究計算機輔助設計過程設計信息與存檔設計評估最優(yōu)化設計設計分析設計建模與仿真概念化設計制造過程計算機輔助制造過程生產規(guī)劃設計和獲取新的工具工藝規(guī)劃材料訂單生產質量控制包裝運輸數控編程市場銷售典型生產周期第1部分 CAD技術概述1.2 CAD、CAD/CAE/CAM以及產品的PDM合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述從原始人類制造第一件石器的那個時刻起，就產生了設計這一活動。社會化大工業(yè)生產的形成過程中，設計逐漸分離成為相對獨立的生產部門，繼而成為專門的科學學科。由于自然和科學發(fā)展的客觀規(guī)律，由于人類追求完美的本能，設計過程從來就是一個“設計評價再設計再評價”的反復迭代、不斷優(yōu)化的過程。合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD科學的發(fā)展、特別是計算機技術的發(fā)展和應用，使機械設計技術本身迅速發(fā)展起來：從經驗設計到科學設計；從可用（adequate）設計到優(yōu)化（optimal）設計；從靜態(tài)設計到動態(tài)設計；從手工設計到計算機輔助設計。第1部分 CAD技術概述提高產品質量縮短生產準備時間降低制造成本提升企業(yè)市場競爭力環(huán)境友好提高售后服務合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述100755025OverheadLaborMaterialDesign0Final manufacturingcostInfluence on finalmanufacturingcostDesign influence on manufacturing cost合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述知識、經驗、創(chuàng)造力存儲能力計算能力圖形處理能力可編程序人的最佳特性計算機和計算機軟件的最佳特性最終的CAD系統(tǒng)最終的CAD系統(tǒng)硬件 +軟件CAD的特點合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述CAD is a software systemthat uses computer graphicsto assist in the creation,modification, and analysis ofa design.合肥工業(yè)大學精品課程CAD定義A Definition of CAD：CAD is the application ofcomputers and graphicssoftware to aid andenhance the product designfrom conceptualization todocumentation.機械CAD第1部分 CAD技術概述國際信息處理聯(lián)合會(IFIP)給出的完整定義為：“CAD是一種技術，其中人與計算機結合為一個問題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應用多學科方法的綜合性協(xié)作提供了可能。CAD是工程技術人員以計算機為工具，對產品和工程進行設計、繪圖、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱?！盋AD在早期是英文Computer Aided Drafting (計算機輔助繪圖)的縮寫，隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，人們逐步的認識到單純使用計算機繪圖還不能稱之為計算機輔助設計；真正的設計是整個產品的設計，它包括產品的構思、功能設計、結構分析、加工制造等。二維工程圖設計只是產品設計中的一小部分；于是CAD的縮寫也由Computer Aided Drafting改為 Computer Aided Design，CAD也不再僅僅是輔助繪圖，而是整個產品的輔助設計。利用計算機強大而快速的數據處理能力和準確而靈活的圖文處理能力，幫助設計人員完成繁雜的設計任務，提高設計工作效率和質量。CAD（計算機輔助設計）定義合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述CAD已成為一門綜合性應用新技術，它涉及到以下基礎技術。（1）圖形處理技術。如二維交互圖形技術、三維幾何造型及其它圖形輸入輸出技術。（2）工程分析技術。如有限元分析、優(yōu)化設計方法、物理特性計算（如面積、體積、慣性矩等）、模擬仿真以及各行各業(yè)中的工程分析等。（3）數據管理與數據交換技術。如數據庫管理、不同CAD系統(tǒng)間的數據交換和接口等。（4）文檔處理技術。如文檔制作、編輯及文字處理等。（5）軟件設計技術。如窗口界面、軟件工程規(guī)范及其工具系統(tǒng)的使用等。合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述CAD計算機輔助設計系統(tǒng)，內容涵蓋產品設計的各個方面狹義CAD系統(tǒng)廣義CAD系統(tǒng)CAD/CAM系統(tǒng)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD手工設計計算機輔助設計基本操作計算有限元分析、優(yōu)化設計、計算機仿真繪圖三維建模、二維圖紙查手冊、資料數據庫技術、網絡技術手工制圖二維CAD三維CAD設計意圖的表達采用草圖進行表示采用二維圖表示采用3D模型表示，直觀形象設計意圖的記錄頭腦或者文字描述頭腦或者文字描述方程式、尺寸與幾何關系等、并可根據需要隨時調整產品模型的修改困難，容易引起沖突針對單一零件較為方便，但關聯(lián)性差，容易引起沖突零件之間通過參數化技術保持數據一致性，更改方便平面圖繪制速度慢支持捕捉、提供豐富的作圖功能、等夠生成較為復雜的圖紙、速度快支持捕捉、提供參數化技術、速度較快平面圖修改困難圖素位置、形狀改動方便，但是無法同時更新尺寸幾何圖素形狀與尺寸雙向驅動、修改十分方便曲面曲線一般采用近似作圖方法提供為數不多的方法造型方法多樣，較好地適應工程需要產品展示手工繪制軸測圖、渲染圖、效率十分低下線條清晰的設計圖紙，但缺乏立體感和光照效果三維模型、動畫演示產品動作過程，生動直觀其他因素借助模板繪圖提供公差標注等工程支持廣泛地支持工程應用、支持數控加工、仿真分析等提供標準件與標準特征、支持設計序列化和設計重用、提供對PDM、并行工程等產品開發(fā)模式的支持車間小型計算機制造機器人直接數適應性控制可編程邏輯控制器主計算機大型計算機數控NC計算機數控CNC字控制計算機輔助制造微處理器柔性制造系統(tǒng)車間、工廠CAMCAD/CAM柔性制造單元精簡指令集計算機基于PC的CAD和CAM手工制圖二維計算機輔助設計CADIBM個人計算機全面集成的系統(tǒng)軟件成組技術零件編碼設計與制圖計算機輔助工藝規(guī)劃物料需求規(guī)劃計算機輔助工程CAE三維線實體模型制造資源規(guī)劃計算機集成制造計劃與圖標19501960197019801990-2010自動化時間線框圖概念化產品設計組評價評價組CAD系統(tǒng)綜合分析組分析CAE·快速原型·運動模型·成本模型生產工程CAPP·計算機輔助工藝規(guī)劃·制造物料清單生產工程組PDM系統(tǒng)·設計物料清單·加工圖·2D模型·3D模型·實體模型·其他文件文檔建立·產品圖·產品文檔·用戶信息·質量屬性分析·有限元分析·裝配干涉制造工程CAM·工具設計·機器編程制造工程組·網絡信息文檔開發(fā)組企業(yè)中設計與制造要素的CAD集成第1部分 CAD技術概述CADintegrates the design process and processes used inproduction and manufacturing engineering.Six Teams:product design, analysis, evaluation, documentationdevelopment, production engineering, manufacturingengineering合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述CAD/CAECAM人參考·檢索幾何建模分析·模擬圖面、規(guī)格、零件樣品、各種模型數據庫工藝設計NC編程機器人編程自動化工廠自動繪圖CAD/CAE/CAM集成合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述初幾分詳幾分生工N機生產步何析細何析制產藝C器產加裝檢設建模設建模圖準設編人制工配查品計模擬計模擬備計程編造程CAD CAECAD CAE CADCAD/CAE/CAM廣義CADCAM廣義CAMCAD/CAE/CAM的范圍合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述1.3 CAD系統(tǒng)用戶應用圖形軟件支撐CAD軟件操作系統(tǒng)計算機硬件及外圍設備言程序設計語其他應用軟件CAD系統(tǒng)的組成合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述字母數字鍵盤計算機顯示器（顯示屏）功能鍵盤中央處理器圖形輸入板繪圖儀設計或制圖人員手持游標器繪圖儀菜單磁盤驅動器打印機光標控制·操縱桿存儲媒體·光筆·鼠標·跟蹤球CAD硬件系統(tǒng)結構圖合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述搬運機械操縱桿光筆NC機床機器人自動測試裝置繪圖儀圖形終端計算機數字化儀鼠標（主機）打印機鍵盤字符終端CAD/CAM系統(tǒng)硬件組成合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD硬盤機、磁帶機第1部分 CAD技術概述CAD系統(tǒng)的三層結構合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD公司名稱高端CAD中端CAD低端CAD (二維)Dassault SystemCATIASolidWorksEDSUG、IDEASSolidEdgePTCPro/EngineerPro/DesktopAutodeskInventor、MDTAutoCAD第1部分 CAD技術概述Pro/ENGINEER40%其他17%Solid Edge4%Euclid6%CATIA11%Unigraphics8%Solid Works9%各品牌的尺寸驅動實體模型系統(tǒng)的銷售情況（共430 000個系統(tǒng)）合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述其他16%Solid Edge3%Pro/ENGINEER22%Euclid/Strim5%Solid Works5%CADDS7%AutodeskMechanicalDesktopUnigraphics8%各品牌的3D機械設計軟件的銷售情況（共750 000個系統(tǒng)）合肥工業(yè)大學精品課程CATIA15%機械CAD19%第1部分 CAD技術概述1.4 CAD技術在機械工業(yè)中的應用合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述其它14.60%機械36.40%航空19.10%電力 2.80%電子27.10%美國CAD/CAM的市場情況合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述CAD技術在機械工業(yè)中的主要應用有以下幾方面：（1）二維繪圖（2）圖形及符號庫（3）參數化設計（4）三維造型（5）工程分析：常見的有有限元分析、優(yōu)化設計、運動學及動力學分析等。（6）設計文檔或生成報表。合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述采用CAD技術會帶來以下好處：（1）減少手工繪圖時間，提高繪圖效率。（2）提高分析計算速度，解決復雜計算問題。（3）便于修改設計。（4）促進設計工作的規(guī)范化、系列化和標準化?？傊?，采用CAD技術確實能夠提高設計質量、縮短設計周期、降低設計成本，從而加快了產品更新?lián)Q代的速度，使企業(yè)保持良好的競爭能力。合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述Reduce the lead time for new product introductionProducts can be tested more quicklyCostly mistakes in design or production can be avoidedDocumentation can be printed in time and the time tomanufacture can be reducedvarious forms for multiple usersThe quality of designs and the products manufactured fromthem is improved合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述非圓齒輪的數控加工合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述五軸聯(lián)動數控加工中心合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD螺旋轉子的CAD/CAM和數控加工第1部分 CAD技術概述逆向工程應用與曲面造型3維激光掃描儀生成的曲面掃描獲取的點云數據實物生成的曲面實體合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述測量葉輪成品毛坯與夾具五軸聯(lián)動數控加工中心加工實況合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述螺旋葉輪的CAD模型葉輪刀具軌跡規(guī)劃葉輪加工所用的夾具設計螺旋葉輪的CAD/CAM與加工仿真合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述數控彎管機整機運動仿真合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述CAD技術應用合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述1.5CAD技術發(fā)展趨勢1CAD系統(tǒng)應用面向產品的整個生命周期2CAD系統(tǒng)應充分考慮產品信息的繼承性3CAD系統(tǒng)應滿足并行設計的要求4CAD系統(tǒng)與產品信息標準化相結合合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述1.5CAD技術發(fā)展趨勢5產品模型的可轉換性特別是二維和三維產品模型間的互相轉換可滿足不同的需要6面向全球的產品信息編碼系統(tǒng)7軟件系統(tǒng)要具有很好的可移植性和自組織性8智能化9虛擬現(xiàn)實技術合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD第1部分 CAD技術概述合肥工業(yè)大學精品課程機械CAD